Analyse quantitative comparée

Analyse quantitative comparée

d’un datacenter préfabriqué vs

conventionnel

Révision n°0

par Wendy Torell

Mercedes Cortes

James Luntz

Livre blanc 218

Les datacenters modulaires préfabriqués offrent de

nombreux avantages par rapport aux datacenters

conventionnels : flexibilité accrue, meilleure

prévisibilité et déploiement accéléré. Cependant,

le coût est parfois un obstacle au déploiement de ces

nouvelles solutions. Dans ce livre blanc, nous

cherchons à quantifier les écarts de coût entre un

datacenter conventionnel et un datacenter

préfabriqué de 440 kW, dotés d’une infrastructure

d’alimentation et de refroidissement identiques.

Le but est d’identifier les facteurs de coût essentiels, et

de démontrer que les modules préfabriqués ne

représentent pas nécessairement un surcoût

d’investissement. L’analyse a été effectuée et validée

à l’aide d’une plateforme d’analyse Cloud de Romonet,

une solution professionnelle non rattachée à un

fournisseur.

Synthèse analytique

Les livres blancs de Schneider Electric font désormais partie de la bibliothèque de livres

blancs Schneider Electric produite par le Data Center Science Center de Schneider Electric.

[email protected]

Analyse quantitative comparée d’un datacenter préfabriqué vs conventionnel

Schneider Electric – Data Center Science Center Rév. 0 2

Le choix d’un datacenter préfabriqué plutôt qu’un centre conventionnel « en dur » repose

souvent sur des avantages anticipés : déploiement accéléré, meilleure fiabilité et prévisibilité

améliorée. Le livre blanc 163, Modules d’alimentation et de refroidissement préfabriqués

pour les centres de données, traite de ces avantages en détail.

Cependant, certains considèrent que les modules préfabriqués permettent de réaliser des

économies, alors que d’autres pensent qu’ils représentent un surcoût. Il y a donc une

certaine confusion autour des implications de coût réelles lorsqu’il faut déterminer le projet le

plus adéquat.

L’analyse des coûts peut s’avérer complexe, car de nombreuses variables et hypothèses

peuvent influer sur l’écart de coût entre les datacenters préfabriqués et conventionnels.

Dans le livre blanc 164, Analyse comparative du CTP d'un datacenter conventionnel vs

datacenter évolutif préfabriqué, nous démontrons que la préfabrication permet de mettre à

l’échelle et d’optimiser le projet de datacenter, afin de réduire sensiblement le coût et la

consommation d’énergie par rapport à un datacenter conventionnel trop grand.

Dans ce livre blanc, nous quantifions les écarts de coût d’investissement de deux datacenters

de même capacité, dotés d’infrastructures de refroidissement et d’alimentation identiques,

avec le même niveau de redondance, la même densité et les mêmes racks. Nous pouvons

ainsi isoler les écarts de coût entre les deux approches (préfabriqué ou conventionnel).

Cette analyse est basée sur une conception de référence Schneider Electric (n°26) décrite en

détail dans la section suivante.

Les coûts d’investissement appliqués à cette analyse incluent les dépenses matérielles, les

coûts de conception, de préparation de site, d’installation et de mise en service. Pour ce

projet spécifique, les modules préfabriqués permettent une économie d’investissement de

l’ordre de 2 % (coût quasiment égal au modèle conventionnel). La Figure 1 détaille les coûts

par poste de dépense. Comme le montre ce tableau, les dépenses matérielles sont plus

importantes pour les datacenters préfabriqués. Cependant, cet écart est compensé par des

coûts de surface occupée plus faibles (extérieur vs intérieur) et des coûts de main-d’œuvre

réduits (travail sur site). Nous traiterons de ces résultats dans la section correspondante.

Cette analyse a été effectuée et validée à l’aide de la plateforme d’analyse Cloud de

Romonet1

1Romonet est évoqué plus loin dans la section Méthodologie. http://www.romonet.com/

Introduction

http://www.apc.com/wp?wp=163




http://www.romonet.com/



Nous avons analysé deux datacenters de 440 kW, l’un préfabriqué composé de modules

d’alimentation, de refroidissement et de matériel informatique, l’autre « en dur », placé dans

un bâtiment conventionnel en briques et ciment abritant tous les équipements intérieurs.

La Figure 2 présente ces deux projets de façon schématique. Le schéma du haut présente

le datacenter préfabriqué. Les modules extérieurs d’alimentation, de refroidissement à l’eau

et d’informatique sont placés dans une cour découverte, à côté des équipements

habituellement installés dehors (générateurs, groupes de production d’eau glacée).

Le schéma du bas montre un bâtiment conventionnel avec des espaces alloués aux locaux

électriques, techniques et informatiques, ainsi que les équipements placés en extérieur

(groupes de production d’eau glacée et générateurs). Le Tableau 1 compare les

caractéristiques des deux datacenters, notamment la classification Tier, l’alimentation,

le refroidissement et la conception des racks.

Ces datacenters sont basés sur une conception de référence documentée de Schneider

Electric, disponible à l’adresse

http://designportal.apc.com/dcrd/resources/pdf/en/RD26DSR1.pdf. Voir l'encadré pour

découvrir nos conceptions de référence ainsi que notre livre blanc 147, Projets de

datacenters : les avantages liés à l'utilisation d'une conception de référence pour obtenir plus

d’informations. Dans les deux projets, les principaux éléments sont identiques (onduleur,

groupes de production d’eau glacée, unités d’alimentation de rack, racks, etc.)

Vue 3D du centre préfabriqué

Figure 1

Les résultats de l’analyse de coût montrent que les datacenters conventionnels et préfabriqués ont un coût quasiment identique.

Analyse des architectures

Qu’est-ce qu’une

conception de

référence ?

Les conceptions de référence sont des projets de construction de datacenter testés, validés et documentés. Ils incluent des schémas linéaires, des plans d’occupation des sols, des schémas de canalisation et des listes d’équipements. Ils constituent le point de départ des équipes de projet, car :

• ils simplifient la planification ;

• ils réduisent le délai d’obtention de plans de construction ;

• ils réduisent les risques et prédisent les performances du bâtiment.

Les projets Schneider Electric

sont disponibles à la page :

http://designportal.apc.com/dcrd/

pages/filter.html

5,51 M $ 5,39 M $

2 % d’économies

http://designportal.apc.com/dcrd/resources/pdf/en/RD26DSR1.pdf




http://designportal.apc.com/dcrd/pages/filter.html

http://designportal.apc.com/dcrd/pages/filter.html



Vue 3D du datacenter conventionnel

*Remarque : notre analyse ne prend pas en compte l’espace extérieur supplémentaire autour

du bâtiment.

Attribut Préfabriqué Conventionnel

Charge tolérée 440 kW 440 kW

Disponibilité cible Tier III Tier III

Architecture

énergétique

Alimentation 2N, (2) modules d’alimentation 500 kW avec 5 min de délai de sauvegarde, générateurs de secours 2N

Alimentation 2N, (2) systèmes d’alimentation 500 kW avec 5 min de délai de sauvegarde, générateurs de secours 2N

Architecture de

refroidissement

Groupe de production d’eau glacée monobloc N+1, économiseur d’eau, module hydronique, CRAH en rangée N+1

Groupe de production d’eau glacée monobloc, économiseur d’eau, local technique, CRAH en rangée N+1

Configuration

informatique 44 racks, 10 kW/rack en moyenne, (2) modules double rack

44 racks, 10 kW/rack en moyenne, local informatique

Structure Infrastructure sur mesure préassemblée, composée de conteneurs isolés résistant à des intempéries

Bâtiment conventionnel avec local informatique dédié, infrastructure montée sur place.

Dimensions du site 910 m² (9 800 pieds carrés) en extérieur 725 m² (7 800 pieds carrés) en intérieur*

Tableau 1

Comparaison des architectures

Figure 2

Présentations schématiques des projets préfabriqué et conventionnel



Alimentation électrique

Le datacenter que nous avons analysé possède des câbles secteur et des générateurs

redondants, chacun alimentant un bus de commutation 1 200 A/480 V et un onduleur

500 kW, reliés aux modules informatiques par une combinaison de tableaux électriques

basse tension et d’unités d’alimentation électrique 175 kW. En outre, le local technique est

également alimenté par des onduleurs N+1 séparés (32 kW de capacité chacun)

La Figure 3 est un diagramme linéaire qui schématise l’alimentation.

Utility A G

500kW

SYPX

3x DX

Cooler

400A, 480V, 65kA

800A, 480V, 65kA

1200A, 480V, 65kA

P P

IT Module 1

SSW

Chiller Chiller

VFD VFD

UPS UPS

Utility B G

500kW

SYPX

3x DX

Cooler

800A, 480V, 65kA

1200A, 480V, 65kA

SSW

P

Chiller

VFD

UPS

400A, 480V, 65kA

400A, 480V, 65kA

IT Module 2

2x DX

Cooler

Refroidissement

Le système de refroidissement des datacenters que nous avons analysés est composé de

trois groupes de production d’eau glacée monoblocs de 275 kW chacun, dans une

configuration N+1. Chaque groupe de production d’eau glacée est équipé d’un refroidisseur

à sec intégré, pour le mode économie. Pour le datacenter préfabriqué, un module

hydronique est requis. Il comporte les pompes, les vannes, les commandes et les

instruments requis. Pour le datacenter conventionnel, ces équipements se trouvent dans le

local technique du bâtiment. La Figure 4 illustre l’architecture des canalisations et la

configuration des pompes équipant les datacenters. Le système doit alimenter les

climatiseurs CRAH en rangée du local informatique.

Figure 3

Architecture énergétique



Exp. Tank

Dirt/Air

Sep.

Exp. Tank

Thermal Storage

Tank

Supply

to IT

Return

from IT

Supply

to IT

Return

from IT

VFD

VFD

VFD

Chiller

275 kW

Chiller

275 kW

Chiller

275 kW

Glycol feeder

Local informatique

Pour les deux projets de datacenter, le local informatique comporte 44 racks informatiques,

chacun pouvant tolérer une charge informatique de 10 kW. Les unités d’alimentation

redondantes (2N) avec transformateurs d’isolation alimentent les unités d’alimen tation

redondantes à tensiomètre montées sur chacun des racks. Le confinement des allées

chaudes permet d’optimiser la circulation de l’air dans le bâtiment. Les climatiseurs CRAH en

rangée N+1 sont placés le long des rangées de racks.

La disposition exacte des racks, des refroidisseurs et des unités d’alimentation varie d’un

projet à l’autre. Pour le datacenter préfabriqué, le local informatique comporte deux modules

informatiques à double rack. La Figure 5 illustre les deux modules à double rack. Pour le

datacenter conventionnel, le local informatique est plus grand. Il contient l’ensemble des

44 racks et des équipements connexes.

Figure 4

Architecture de refroidissement

Figure 5

Local informatique du datacenter préfabriqué



Nous avons utilisé un logiciel tiers de modélisation de datacenter développé par Romonet

pour effectuer cette comparaison de coût d’investissement. La Figure 6 montre la disposition

logique du datacenter modélisé. Ce modèle montre le flux d’énergie circulant dans

l’infrastructure d’alimentation et de refroidissement du datacenter. Les flèches bleues

correspondent aux branchements électriques, les flèches rouges correspondent aux

branchements du circuit de refroidissement. Le logiciel de modélisation peut également

analyser les coûts énergétiques. Pour cette analyse, étant donné que les sous-systèmes

utilisés étaient identiques (et affichaient donc des écarts négligeables en dépenses

d’énergie), nous n’avons utilisé que le calcul de dépenses d’investissement (CAPEX) sur cet

outil.

Chaque bloc représente un sous-système du datacenter. Pour chacun des blocs, le coût

appliqué inclut la dépense d’investissement matériel et le coût d’installation. Chaque bloc est

également configuré de façon à s’adapter aux redondances des différents projets, comme

indiqué ci-dessus.

Les zones grisées correspondent aux locaux ou modules hébergeant les sous-systèmes.

Les éléments non grisés se trouvent à l’extérieur.

Les experts de chez Romonet ont révisé et validé ce modèle.

Méthodologie

Figure 6

Modèle de datacenter analysé par la plateforme d’analyse de Romonet

http://www.romonet.com/



Hypothèses

Les principales hypothèses appliquées à cette analyse financière sont les suivantes :

• Équipements de datacenter 440 kW installés le jour 1, comme décrit ci-dessus (texte et

schémas)

• Datacenters installés aux États-Unis, pour un coût de main-d’œuvre moyen dans ce

pays.

• Prix du terrain : 269 $/m2 (25 $/pied carré)

• Prix au mètre carré du bâtiment fini : 1 615 $/m2 (150 $/pied carré)

• La surface extérieure totale du datacenter préfabriqué est de 865 m2 (9 310 pieds

carrés), y compris le dégagement nécessaire autour des modules.

• Les modules préfabriqués sont placés à l’extérieur.

• Le datacenter conventionnel présente une surface au sol de 727 m2 (7 829 pieds

carrés)

Sources de données

Notre Calculateur de coût d’investissement pour datacenter Schneider Electric a été utilisé

comme source principale pour déterminer les dépenses matérielles et les coûts d’installation

des sous-systèmes. Ce calculateur se base sur les coûts de projet réels pour installer des

datacenters de tailles diverses. La Figure 7 est une capture d’écran de l’outil Schneider

Electric. En outre, les données de coût d’installation sont issues de trois projets récents

d’implantation de datacenters préfabriqués. Des données de coût générales non associées à

un fournisseur fournies par Romonet ont été utilisées à des fins de validation.

Figure 7

Calculateur de coût d’investissement pour datacenter

http://www.apc.com/tool/?tt=4



La Figure 1 résume les différences entre les deux projets de façon générale. Elle montre un

écart de coût négligeable (2 %) en faveur du projet préfabriqué par rapport au datacenter

conventionnel. Dans la Figure 8 ci-dessous, nous voyons une présentation détaillée des

coûts, par sous-système et par type de coût.

Ce graphique indique que les systèmes préfabriqués représentent un surcoût

d’investissement par rapport aux systèmes conventionnels, en raison des matériaux.

Les modules préfabriqués sont livrés sous la forme d’une infrastructure préassemblée.

Le coût des matériaux inclut le confinement (c.-à.-d. conteneurs) ainsi que les travaux

d’intégration à l’usine. La principale dépense en matériaux pour le projet préfabriqué

concerne l’équipement du local informatique, suivi par le système de refroidissement.

La quantité de travail sur site (sur le plan électrique et mécanique) est moindre pour les

projets préfabriqués, car le travail effectué en usine réduit le temps d’intervention sur place.

Le coût d’espace occupé (coût du terrain, construction, travail préparatoire) est le poste de

dépense présentant le plus fort potentiel d’économies dans cette analyse. Ce coût est basé

sur le prix du terrain et le coût de construction mentionnés dans la section Hypothèses.

L’analyse de sensibilité a permis d’isoler deux variables essentielles qui déterminent le projet

le moins onéreux en dépenses d’investissement (CAPEX) (préfabriqué ou conventionnel).

• Coût de construction

• Densité d’alimentation moyenne/rack

Pour notre analyse, nous avons choisi un coût de construction standard, mais les coûts réels

varient beaucoup d’un pays ou d’un site à l’autre. En outre, le coût de construction du

bâtiment doit être rapporté à la surface totale d’occupation du sol de ce bâtiment.

De façon générale, les projets préfabriqués sont plus rentables lorsqu’ils sont comparés à

des datacenters conventionnels hébergés dans des locaux ou bâtiments très onéreux.

De même, l’approche conventionnelle est plus rentable si le coût d’espace occupé est faible.

Résultats

Figure 8

Comparaison des postes de dépenses d’investissement (CAPEX)


Schneider Electric – Data Center Science Center Rév. 0

10

La densité d’alimentation moyenne influe sur le coût du local informatique : à mesure que la

densité décroît, le nombre de racks et d’unités d’alimentation de racks augmente, mais

surtout, la taille du bâtiment et/ou du conteneur augmente également. Une analyse de

sensibilité a été réalisée pour illustrer cette relation, présentée dans la section suivante.

L’analyse ci-dessus suppose une moyenne de 10 kW/rack dans le local informatique, soit

44 racks informatiques. Cependant, la densité moyenne est un facteur important pour

déterminer la rentabilité des locaux informatiques préfabriqués. Si la densité est plus élevée,

les économies réalisables par rapport à un local informatique conventionnel augmentent, car

la charge tolérée par chaque module est plus importante pour une surface identique. Si la

densité est moindre, le nombre de modules (conteneurs) requis pour héberger la même

charge informatique augmente. Cela représente un surcoût en matériaux qui réduit les

économies, et peut même faire pencher la balance en faveur d’une installation

conventionnelle si la densité chute davantage. La Figure 9 illustre l’impact de la densité

informatique sur le coût des modules informatiques préfabriqués standards.

Ce graphique montre que le coût augmente à mesure que la densité baisse. Pensez à la

configuration présentée à la Figure 5 qui montrait les conteneurs à double rack. Si la densité

était réduite de 5 kW/rack, le nombre de racks devrait doubler, ainsi que le nombre de

conteneurs. Cependant, rappelez-vous que dans le projet conventionnel, les racks et

équipements connexes doivent également doubler. Le livre blanc Schneider Electric 156,

Choisir la densité d’alimentation optimale inclut une analyse de coût plus détaillée des

datacenters, avec des densités diverses. Sur la base des résultats de l’analyse de coût, les

points de rupture naturels des unités d’alimentation de rack, les tendances des technologies

informatiques actuelles et des complexités conceptuelles liées aux densités extrêmes, la

majorité des datacenters doivent prévoir une pointe entre

11 et 11,5 kW/rack.

Lorsque vous rencontrez des difficultés à trouver un espace adéquat pour construire ou

agrandir un datacenter, les datacenters préfabriqués présentent des avantages évidents.

Nous avons analysé deux datacenters, l’un préfabriqué et l’autre conventionnel (« en dur »),

les deux dotés d’une infrastructure et de composants identiques (onduleurs, groupe de

production d’eau glacée monobloc, unités d’alimentation, racks, etc.). Nous avons conclu que

les deux projets présentaient un coût quasiment identique. Nous avons constaté que le coût

seul ne permet pas de faire pencher clairement la balance en faveur du projet de datacenter

préfabriqué.

Conclusion

Impact de la densité des racks

Figure 9

Impact de la densité moyenne par rack sur les dépenses d’investissement (CAPEX)




11

Nous avons identifié deux facteurs de coût essentiels qui sont déterminants pour faire un

choix : le coût d’espace occupé et la densité d’alimentation moyenne. Plus le coût de

construction en brique et ciment et plus la densité moyenne sont élevés, et plus l’approche

préfabriquée sera avantageuse en termes de dépenses d’investissement (CAPEX).

À l’inverse, si vous disposez d’un bâtiment avec un espace libre vacant (pas de coût pour

une nouvelle enveloppe de bâtiment), l’analyse de coût pencherait clairement en faveur de

l’approche conventionnelle.

Le débat autour des coûts comparés entre les datacenters conventionnels et préfabriqués ne

peut pas se réduire aux coûts de construction. D’autres facteurs rentrent en ligne de compte

lors de l’évaluation d’un site. Par exemple, l’espace disponible pouvant être exploité pour

agrandir un datacenter dans un hôpital, une université ou une usine doit être comparé aux

revenus potentiels pouvant être générés au sein de ce même espace. Dans ce cas, il peut

s’avérer plus adéquat de construire un nouvel espace à l’extérieur du bâtiment existant.

Tous les datacenters ne se valent pas. La taille, l’emplacement ou le modèle économique du

datacenter aura une influence sur le type de solution le plus adapté. L’exemple type présenté

dans ce livre blanc est basé sur un datacenter d’une capacité totale de 440 kW à une

moyenne de 10 kW par rack, sans prise en compte du type de bâtiment ou d’entreprise où il

est implanté. Si nous prenons l’exemple d’un grand prestataire de services (par ex.

datacenter en colocation) où 100 % de l’activité est consacrée au datacenter, l’objectif sera

d’optimiser directement le coût d’investissement par rack ou par kW et de rédu ire les coûts

opérationnels. À l’inverse, la perspective sera différente dans une usine automobile. Il

conviendra d’y installer un datacenter de capacité plus faible, où la simplicité et la rapidité

d’installation de la solution seront des critères déterm inants.

Le fait de choisir un datacenter préfabriqué n’est pas évident, car il ne suffit pas de comparer

les coûts d’installation avec ceux d’un datacenter conventionnel. D’autres facteurs aussi

divers que le temps d’installation, la surface et la croissance du datacenter peuvent

grandement influer sur les résultats d’entreprise tout au long de la vie du datacenter.

La plupart des clients ayant déployé un datacenter préfabriqué en tirent aujourd’hui les

bénéfices, car cette approche répond à des exigences actuelles spécifiques tout en

permettant une évolution future.

Wendy Torell est analyste de recherche senior au sein du Data Center Science Center de

Schneider Electric. À ce poste, elle étudie les meilleures pratiques en matière de conception et

d'exploitation des datacenters, publie des livres blancs ainsi que des articles, et développe des

outils, les TradeOff Tools, pour aider les clients à optimiser la disponibilité, l'efficacité et le coût de

leur environnement de datacenter. Elle interroge également les clients sur leurs méthodes

techniques en termes de disponibilité et sur leurs pratiques de conception afin de les aider à

atteindre les objectifs de performances de leurs datacenters. Elle est titulaire d'un diplôme de

génie mécanique de l'Union College de Schenectady, dans l'État de New York, et d'une maîtrise

de l’Université de Rhode Island. Wendy Torell est ingénieur en fiabilité, certifiée par l’American

Society for Quality. Mercedes Cortes est ingénieur senior en conception de systèmes au sein de Schneider Electric.

Elle développe des conceptions de référence pour les datacenters et accompagne les équipes de

recherche et développement, de marketing et de ventes à travers ses recherches et ses analyses

d’applications alternatives destinées au catalogue de solutions de datacenter. Elle a auparavant

travaillé pour une étude d’ingénieurs consultants dans le domaine de la conception mécanique

ainsi que dans la planification stratégique pour un groupe de télécommunications. Elle est titulaire

d’un diplôme de génie mécanique de l’Université Simon Bolivar au Venezuela et d’un master en

gestion et stratégie énergétique de l’Université de Penn State (É.-U.). James Luntz est ingénieur mécanique senior au sein du groupe Prefabricated Data Center de

Schneider Electric. Il est ingénieur en chef pour la création de solutions préfabriquées

personnalisées destinées à un large éventail d’entreprises, des petites casernes militaires aux

géants de l’Internet et aux prestataires de service de datacenters en colocation. James est titulaire

d’un diplôme en génie mécanique mention gestion d’entreprise.

À propos des auteurs



12

Modules d’alimentation et de refroidissement préfabriqués pour les datacenters

Livre blanc 163

Analyse comparative du CTP d'un datacenter

conventionnel vs datacenter évolutif préfabriqué

Livre blanc 164

Projets de datacenters :les avantages liés à l'utilisation d'une conception de

référence

Livre blanc 147

Considérations pratiques pour la mise en œuvre de datacenters préfabriqués

Livre blanc 166

Choisir la densité énergétique optimale pour le datacenter

Livre blanc 156

Calculateur de coût des datacenters préfabriqués et conventionnels

Outil TradeOff Tool 17

Ressources

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les livres blancs whitepapers.apc.com

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